浅析预制件生产过程常见问题及改善措施

周 攀

(云南濮耐昆钢高温材料有限公司)

1 前言

预制件是在传统不定形耐火材料基础上发展起来的一种功能材料，就是将传统的不定形耐火材料浇注后在设定环境下进行养护、烘烤，制作完毕后到现场直接安装。它结合了不定形制品的形状多样性特征和成型制品性能优越的特征，比不定形耐火材料性能更好，比定形制品使用起来更具灵活性[1]。预制件生产工艺相对简单，但在生产过程中也经常会遇到一些问题，本文主要对目前耐材企业普遍应用的立式联排模具浇注体生产过程中存在的常见问题及改善措施进行探讨。

2 预制件生产常见问题及改善措施

2.1 预制件生产工艺

预制件生产工艺是配料、搅拌、成型、养护、脱模及烘干等工序进行见图1。

图1 预制件生产工艺流程

预制件成型所使用主要设备为搅拌机、振动台、干燥器，可以采用平浇和立浇两种成型模式。为了提高生产效率、降低人工劳动强度，立式联排模具得到了应用。一组立式联排模具(如图2) 一次浇注成型可生产浇注体4-6 块，预制件外观质量也得到了改善，但立式联排模具的使用也对作业者的操作技能提出了较高的要求。

图2 立式联排模具

2.2 浇注体养护阶段常见问题

(1) 浇注体养护阶段出现上涨

浇注体经过振动成型后，进入带模养护阶段。带模养护的目的是为了使浇注体达到脱模所需的强度，以免脱模过程中对浇注体产生损坏。据观察，预制件在养护阶段，立式模具成型的浇注体较容易出现上涨的现象，上涨幅度最大可以达到其整体高度的1.6 %。浇注体一旦发生上涨，一方面对产品尺寸造成影响，另一方面浇注体致密度也会受到影响，直接导致不合格品的产生。

经过长期观察，我们认为引起浇注体上涨的主要原因有以下三点:①硅微粉的理化性能出现波动。通常耐火材料行业使用的微硅粉，是铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅) 时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的Si02和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成，因此硅微粉也称为硅灰或凝聚硅灰。由于硅微粉是铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅) 的收尘粉，在其没有经过均化处理时，其在化学组成、作业性能通常波动较大[2]。②混料时金属铝粉没有混匀或其性能与浇注料的凝固时间不匹配。常温下，金属铝粉可与水缓慢反应放出氢气[3]，当其加入到耐火浇注时，可使浇注体内形成排气通道，防止预制件烘烤时水汽排出不畅而炸裂。但是，当预制件成型面已经凝固时，铝粉与水的反应尚未结束，部分氢气无法排出而导致物料膨胀。③环境因素抑或为季节性因素。立式联排模具的使用，使得浇注体的成型面较平面模具相比明显减少，在干燥的季节，受环境的影响，浇注体成型面初凝时间缩短，不利于浇注体内气体的排出。

(2) 浇注体在养护阶段出现鼓胀开裂

据观察，浇注体养护阶段会出现鼓胀开裂的现象，用扳手敲击会发出空响。破坏浇注体可观察到浇注体内部发生层裂。这种现象多见于平面浇注成型的预制件中。浇注体在养护阶段出现鼓胀开裂多与金属铝粉的粒度有关。金属铝粉在浇注料中反应产生气体的量，反应速度与铝粉的活性、细度、纯度，结合剂的硬化情况，环境温度等工艺因素都有很大关系。一旦控制不好，极易造成浇注体发生鼓胀开裂，导致结构强度降低。

(3) 浇注体在烘烤阶段出现断裂

原因分析:立式联排模具投产初期，体积较大的预制件烘烤过程中出现断裂的现象比较集中。耐火浇注料在施工完成后的快速烘烤过程中，其内部会产生较高的蒸汽压和热应力，当二者的综合作用超出浇注料的极限强度时便会发生爆裂[5]。有研究表明[6]，试样在单面加热炉升温至800 ℃以上时，试样开始发生爆裂。然而，预制件的烘烤温度一般不超过350 ℃。基于此推测浇注体出现断裂的原因是其在脱模过程中受外力作用产生了隐性裂纹。带模养护后的浇注体本身强度很低，使用联排模具生产初期，对带模养护的时间掌握不恰当，加上脱模难度的增加，导致体积大的浇注体在借助吊车来进行脱模时，在拉力的作用下，浇注体出现隐性裂纹。在烘烤过程中，随着内应力的释放，裂纹会逐渐增大，严重的便产生断裂。

3 改善措施

3.1 改善浇注体养护阶段出现上涨的措施

(1) 把好原料进厂关，作好进厂原材料硅微粉理化指标的检测工作，保证硅微粉性能的稳定性。

(2) 将外加剂进行预混并适当延长干搅拌的时间，以保证物料混合均匀;控制金属铝粉的粒度或调整促凝剂、缓凝剂的加入比例，使铝粉的反应时间与预制件浇注料的凝固时间相匹配。

(3) 根据气候差异，对添加剂的加入量进行调整，提高浇注料的适宜性;通过洒水、加热等措施调节环境湿度、温度为浇注体的养护创造条件。不定形耐火材料的凝固速率，随结合剂的不同而不同，随结合剂与耐火材料的反应性能不同而不同。可通过添加缓凝剂，使得凝结时间适当延长，让浇注体内的气体得到充分释放。

3.2 改善浇注体在养护阶段出现鼓胀开裂的措施

有研究表明[4]，加入量相同时，铝粉粒度越大，其颗粒数越少，同一时刻与料浆接触的金属铝比表面积也越小，反应发气速率越小，发气越平缓，其作为防爆剂应用于浇注料中不易产生鼓胀而影响结构性能。金属铝粉的发气起始时间随温度的升高而有规律地缩短，而非加水搅拌后立即发生发气反应。25 ℃时在180 min 开始发气，30 ℃时在105 min 开始发气，35 ℃时在80 min 开始发气。掌握这个规律，可有效避免因浇注料的初凝时间与金属铝粉发气不匹配而给浇注料的防爆裂性或物理性能造成的不利影响。

3.3 浇注体在烘烤后出现断裂的预防措施

在生产周期内，养护时间一定的条件下，若养护温度偏低，浇注料中的结合剂不能发挥较好的结合作用，浇注体强度较低;若养护温度偏高，浇注料凝固过快，浇注料内部的气体来不及充分排出，浇注体的体积密度下降[7]。为了浇注体拥有较好的脱模强度，保证带模养护的温度和时间尤为重要。一般情况下，铝镁质浇注料的养护温度控制在60 ℃;镁质浇注料的养护温度不宜超过50 ℃;刚玉质浇注料的养护温度控制在50 ℃为宜。

4 结论

(1) 控制金属铝粉的粒度、合理的促凝剂、缓凝剂是预防浇注体养护阶段出现上涨的重要措施。

(2) 适宜的养护温度、时间是改善浇注体在养护阶段出现鼓胀开裂、浇注体在烘烤后出现断裂的有效措施。